一种湖湾重度富营养化治理系统

摘要

本发明公开了一种湖湾重度富营养化治理系统，包括底层水池、调压储水池、升降式水闸、扇型进水管、水泵、风光互补电源、独特的自控反冲洗系统、微纳米气泡发生器双机联动机组及对湖湾整体自净功能进行系统设计。集中针对重度富营养化的湖湾底层水溶解氧缺乏和湖湾水体更难以更换这两个主导因素。提供一种简单、实用、节能、环保、建造成本低的技术方案，通过建立湖湾水长期的“自身复氧循环”，形成湖湾内生的自净能力。并弥补了大规模“引江河水剂湖控藻”治理方式的某些缺陷，本技术方案与大规模“引江河水剂湖控藻”治理方式相结合，有望取得更好的治理效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种生态治理系统，尤其涉及一种湖湾重度富营养化治理系统。

背景技术

湖泊中的众多湖湾，由于地形弯曲，换水周期比湖泊中部更长，加上风浪从湖面向湖岸的推动，往往更容易产生和聚集大量藻类，从而在湖湾形成重度富营养化的区域。从某种角度可以这样认为，能否将湖湾处的富营养化彻底治理，将关系到全湖治理效果的成败。这是在治理过程中必须要解决的重大课题。

在重度富营养化的湖湾区域内，湖泊底层水溶解氧缺乏和湖湾水体更难以更换是形成湖湾区域内重度富营养化的两个主导因素，而且是更难于破解的主导因素。这就需要采用针对性更强的专项技术手段。为此，发明一种破解能力更强，治理综合效果好的“湖湾重度富营养化”治理系统技术，这对湖泊富营养化的彻底治理有重要意义。

专利号为ZL201420115139.6，专利名称为一种保留网箱养殖的湖泊富营养化治理系统的专利，根据湖泊底层水溶解氧缺乏和湖泊水面相对静止这两个主导因素，创造性提出了在可能筑坝的湖湾区域内，为治理湖泊富营养化，并结合湖滨城乡污水处理厂建设与治理区域内的景观打造，维持网箱养殖产业的可持续发展，与投资成本的逐渐回收，提供了很好的解决办法。是一种可行的技术途径。但由于要建造栏藻坝体、低水头发电站及污水处理厂等设施，对选址的要求较高。一次性整体投资也比较大，因此在实施过程中有一定的区位局限性，所述区位为地理区位和经济区位。

为了让各种“湖滨线型”的湖湾都能提高其水体的水流速度，同时能方便的解决底层无氧水的复氧问题，并为湖湾区域水体自净能力的提高和水生态恢复创造有利条件，又能尽可能的降低建造成本。这些现实需求也催生一种新的治理技术方案出现。

发明内容

本发明的目的就在于提供解决上述问题的一种湖湾重度富营养化治理系统，能方便的解决湖湾底层无氧水的复氧问题，同时能提高其水体的水流速度，提升湖湾水的自净能力，有效的治理湖湾的富营养化。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种湖湾重度富营养化治理系统，包括湖湾内的湖滨岩土基础、湖滨山体、湖滨水体，所述湖滨岩土基础内连接水体的一侧设有一带顶盖的底层水池，所述底层水池的底部低于湖泊底面，水体底部设有一连通底层水池的扇型进水管，所述扇型进水管呈扇形，由数根上表面设有进水孔的水管连接而成，底层水池外壁设有一入水口，所述入水口上连接一主水管，扇型进水管靠近圆心的一端通过一汇水管连接主水管，底层水池内还设有一控制入水口开闭的升降式水闸；

湖滨岩土基础上设有一调压储水池和一水泵，其中，调压储水池顶部设有盖板，水泵的进水管从底层水池顶部伸入至底层水池底部，水泵的出水管分两路，一路向上弯折，连通一位于盖板上的微纳米气泡发生装置，并从盖板伸入至调压储水池上部，所述出水管末端连接一喇叭形喷头，另一路向下弯折，连接一反冲洗输水管，所述反冲洗输水管水平设置，一端伸入调压储水池下部，另一端伸入底层水池顶部，且连接一喇叭形喷头，调压储水池外侧面底部两端还设有底层水输水管；

底层水池和调压储水池顶部设有空气进口，底层水输水管上靠近调压储水池处、底层水池两路出水管靠近水泵处、反冲洗输水管靠近底层水池处，均设有电磁阀；

调压储水池顶部设有控制升降式水闸、电磁阀和水泵工作的控制室，控制室内还设有太阳能供电装置，其中太阳能供电装置的太阳能电池板位于控制室顶部。

作为优选：所述调压储水池两侧设有第一微纳米气泡充氧池，所述底层水输水管与第一微纳米气泡充氧池的进水口相连，第一微纳米气泡充氧池上设有为其内部充氧的微纳米气泡发生器双机联动机组，以及为微纳米气泡发生器双机联动机组供电的风光互补供电系统，第一微纳米气泡充氧池的出水口位于湖泊水平面下。

作为优选：第一微纳米气泡充氧池的出水口还连接有微纳米气泡排气管，所述微纳米气泡排气管靠近湖泊岸边，沿湖滨岩土基础边沿线型设置，且其上设有数个开口朝下的喇叭形喷头。

作为优选：所述湖滨山体上设有拦截山间水源的截流管，所述截流管出水口处通过一纳滤膜净水装置连接一用水池，用水池底部连接第二微纳米气泡充氧池，所述第二微纳米气泡充氧池上设有为其内部充氧的微纳米气泡发生器双机联动机组，以及为微纳米气泡发生器双机联动机组供电的风光互补供电系统，第二微纳米气泡充氧池的出水口伸入湖泊水平面下。

作为优选：所述第二微纳米气泡充氧池的出水口也连接有微纳米气泡排气管，所述微纳米气泡排气管靠近湖泊岸边，沿岸边水平设置，且其上设有数个开口朝下的喇叭形喷头。

作为优选：所述调压储水池上部设有一溢水管，所述溢水管一端连通调压储水池，另一端向下弯折并沿调压储水池外壁竖直设置。

作为优选：所述底层水池呈椭圆形，顶部与湖滨岩土基础上表面平齐，所述盖板四周设有护栏。

作为优选：所述湖滨岩土基础上设有储水池基座，调压储水池固定设置在储水池基座上。

作为优选：所述主水管设有溶解氧传感器。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

用简单、易建的“底层水池”、“调压储水池”、“升降式水闸”与其中的“自控反冲洗”等设计，即能长期实现对重度富营养化的湖湾水体的底层无氧水进行高效复氧，也能利用反冲洗功能对因藻类堆积造成的管道堵塞进行冲洗疏通，以上功能需配合电磁阀工作，当关闭向下弯折的出水管和反冲洗输水管上的电磁阀，打开另一个电磁阀时，可完成复氧功能，反之则进行反冲洗功能。

复氧时;因为底层水池的底部低于湖泊水体底面，而扇型进水管位于水体底部，则底层水池的底部低于扇型进水管，由于有高度差，湖湾底层的无氧水能够依其湖水的上层水压力通过扇型进水管、汇水管进入底层水池，无氧水与底层水池内的空气接触，空气在气液界面对无氧水进行第一次“复氧”；

水泵泵入的水流在流入调压储水池前，与设在管路上方调压储水池盖板上的微纳米气泡发生装置连通，此时，水与微纳米气泡发生装置产生的微纳米气泡混合在出水管的管腔内进行第二次“复氧”；最后，从喇叭形喷头喷成“水雾状”，当饱含纳米气泡的“水雾”从调压储水池上部流入下部的过程，又与池中空气混合进行第三次“复氧”。最终，从调压储水池流出的湖水含氧量得以大幅提升。此时，原来的无氧水已变成富氧水。复氧后的湖水，经底层水输水管进入位于调压储水池两侧的第一微纳米气泡充氧池，经微纳米气泡发生器双机联动机组的再次强力充氧后，又经微纳米气泡排气管的喇叭形喷头增压排出，由于第一微纳米气泡充氧池的出水口位于湖泊水平面下，复氧水能排入湖底。

反冲洗时，包括洗清除堵塞在扇型进水管路中堵塞物，和清除堵塞在调压储水池下面反冲冼管路中堵塞物，其中需设置电磁阀的开关和升降式水闸的开关，以上操作均由控制室中的电脑自动控制。

上述功能实现利用湖泊自身水源进行复氧的能力。基于上述功能结构，我们还在湖滨山体上设有拦截山间水源的截流管、纳滤膜、用水池等设备，能对山间的水源进行截流收集，分别用“微纳米气泡发生器双机联动机组”和“纳滤膜”进行高效处理后，一方面，能将处理后的山体水源用于农田灌溉等场所，另一方面，能集中将湖湾山体经充氧后的富氧水源再次送入湖泊内，净化水体同时，加速湖泊水体流动，提高湖湾的换水速度。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为图1中扇型进水管的俯视图；

图3图1中复氧时水流向图；

图4为图1中反冲洗时水流向图；

图5为实施例2结构示意图；

图6为实施例2中调压储水池与第一微纳米气泡充氧池连接示意图。

图中：1、底层水池；2、水池基座；3、扇型进水管；4、汇水管；5、空气进口；6、升降式水闸；7、进水管；8、水泵；9、电磁阀；10、出水管；11、微纳米气泡发生装置；12、护栏；13、控制室；14、太阳能电池板；15、喇叭形喷头；16、调压储水池；17、底层水输水管；18、反冲洗输水管；19、储水池基座；20、湖滨岩土基础；21、湖滨山体；22、溶解氧传感器；23、第一微纳米气泡充氧池；24、微纳米气泡发生器双机联动机组；25、风光互补供电系统；26、伪装土建；27、微纳米气泡排气管；28、辅助截流管；29、截流管；30、农田；31、第三微纳米气泡充氧池；32、杀虫灯；33、人工瀑布；34、纳滤膜；35、用水池；36、第二微纳米气泡充氧池；37、岸边；38、监控维护船；39、主水管；40、溢水管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1、图2、图3和图4，一种湖湾重度富营养化治理系统，包括湖湾内的湖滨岩土基础20、湖滨山体21、湖滨水体，所述湖滨岩土基础20内连接水体的一侧设有一带顶盖的底层水池1，所述底层水池1的底部低于湖泊底面，设置在水池基座2上，水体底部设有一连通底层水池1的扇型进水管3，所述扇型进水管3呈扇形，由数根上表面设有进水孔的水管连接而成，底层水池1外壁设有一入水口，所述入水口上连接一主水管39，扇型进水管3靠近圆心的一端通过一汇水管4连接主水管39，底层水池1内还设有一控制入水口开闭的升降式水闸6；

湖滨岩土基础20上设有一调压储水池16和一水泵8，其中，调压储水池16顶部设有盖板，水泵8的进水管7从底层水池1顶部伸入至底层水池1底部，水泵8的出水管10分两路，一路向上弯折，连通一位于盖板上的微纳米气泡发生装置11，并从盖板伸入至调压储水池16上部，所述出水管10末端连接一喇叭形喷头15，另一路向下弯折，连接一反冲洗输水管18，所述反冲洗输水管18水平设置，一端伸入调压储水池16下部，另一端伸入底层水池1顶部，且连接一喇叭形喷头15，调压储水池16外侧面底部两端还设有底层水输水管17；底层水池1和调压储水池16顶部设有空气进口5，底层水输水管17上靠近调压储水池16处、底层水池1两路出水管10靠近水泵8处、反冲洗输水管18靠近底层水池1处，均设有电磁阀9；调压储水池16顶部设有控制升降式水闸6、电磁阀9和水泵8工作的控制室13，控制室13内还设有太阳能供电装置，其中太阳能供电装置的太阳能电池板14位于控制室13顶部。

本实施例中，所述调压储水池16两侧设有第一微纳米气泡充氧池23，所述底层水输水管17与第一微纳米气泡充氧池23的进水口相连，第一微纳米气泡充氧池23上设有为其内部充氧的微纳米气泡发生器双机联动机组24，以及为微纳米气泡发生器双机联动机组24供电的风光互补供电系统25，为了美观，第一微纳米气泡充氧池23和微纳米气泡发生器双机联动机组24设置在伪装土建26内，第一微纳米气泡充氧池23的出水口位于湖泊水平面下；第一微纳米气泡充氧池23的出水口还连接有微纳米气泡排气管27，所述微纳米气泡排气管27靠近湖泊岸边37，沿湖滨岩土基础20边沿线型设置，且其上设有数个开口朝下的喇叭形喷头15；所述调压储水池16上部设有一溢水管40，所述溢水管40一端连通调压储水池16，另一端向下弯折并沿调压储水池16外壁竖直设置；所述底层水池1呈椭圆形，顶部与湖滨岩土基础20上表面平齐，所述盖板四周设有护栏12，椭圆型的底层水池1有增加结构强度、提高对抗外物冲击的能力，并能减少流水的阻力；所述湖滨岩土基础20上设有储水池基座19，调压储水池16固定设置在储水池基座19上；所述主水管39设有溶解氧传感器22。

首先，我们对湖湾底层无氧水的复氧，关闭向下弯折的出水管10和反冲洗输水管18上的电磁阀9，打开另一个电磁阀9，也就是通向调压储水池16顶部的电磁阀9时，同时开启升降式水闸6，湖湾底层的水在上层水的压力下经扇型进水管3流入底层水池1，再经水泵8进入调压储水池16，最后经底层水输水管17进入第一微纳米气泡充氧池23，再流入湖体底层。其中，扇型进水管3能使无氧水快速高效的流入底层水池1中，在主水管39设有溶解氧传感器22，便于监测该处的溶解氧含量，对水质净化效果起到很好的监控作用。

复氧时：因为底层水池1的底部低于湖泊底面，而扇型进水管3位于水体底部，则底层水池1的底部低于扇型进水管3，由于有高度差，湖湾底层的无氧水能够依其湖水的上层水压力通过扇型进水管3、汇水管4与主水管39进入底层水池1，无氧水与底层水池1内的空气接触，空气在气液界面对无氧水进行第一次“复氧”；

水泵8泵入的水流在流入调压储水池16前，与设在管路上方调压储水池16盖板上的微纳米气泡发生装置11连通，此时，水与微纳米气泡发生装置11产生的微纳米气泡混合在出水管10的管腔内进行第二次“复氧”；最后，从喇叭形喷头15喷成“水雾状”，当饱含纳米气泡的“水雾”从调压储水池16上部流入下部的过程，又与池中空气混合进行第三次“复氧”。最终，从调压储水池16流出的湖水含氧量得以大幅提升。此时，原来的无氧水已变成富氧水。复氧后的湖水，经底层水输水管17进入位于调压储水池16两侧的第一微纳米气泡充氧池23，经微纳米气泡发生器双机联动机组24的再次强力充氧后，又经微纳米气泡排气管27的喇叭形喷头15增压排出，由于第一微纳米气泡充氧池23的出水口位于湖泊水平面下，复氧水能排入湖底。调压储水池16上设有护栏12，护栏12内平台可作为监控与观光台。

在水泵8连续泵水的过程中，关闭调压储水池16外侧面底部两端底层水输水管17出水口的电磁阀9，让泵入的底层水注满调压储水池16，即可得到最高的水压。此时，再打开调压储水池16外侧面底部两端底层水输水管17出水口的电磁阀9控制排水量，使排出的水量与连续泵入的水量相等，这就使调压储水池16一直保持较高的出水压力。按照此方法，并由电脑控制，即可随意调节调压储水池16输出水的不同压力。

本技术方案，还可根据全年的不同时段，藻类发展的不同程度，灵活有效地实施复氧。

在藻类低发期和水质较好的时段，水体复氧的需求低，这时可关闭第一微纳米气泡充氧池23上的微纳米气泡发生器双机联动机组24，只将调压储水池16中经“三次复氧”得到的富氧水送入湖湾，即可促使湖湾溶解氧达到平衡；当水质变好，作为预防，还可关闭调压储水池16盖板上的微纳米气泡发生装置11，仅排入湖湾底层水在进入调压储水池16过程中自然产生的“两次”复氧水，也可以满足预防需求；

当湖湾藻类暴发时，只需将调压储水池16的水压提高到最大值，同时开动微纳米气泡发生器双机联动机组24和调压储水池16盖板上的微纳米气泡发生装置11共三台设备进行强力充氧，产生的含量最高的高压富氧水向湖湾水中注入时，即同时开始以下两个方面的治理过程：一方面，高压富氧水经喇叭形喷头15的增压扩散，更容易冲散聚集在湖湾岸边37的藻类，并稀释氮、磷浓度；另一方面，连续分散注入含量最丰富的溶解氧，使更多的湖湾重度富营养化物质得以快速分解。治理效果迅速显现。

随着藻类逐步的被控制，可根据溶解氧传感器22和监控维护船38提供的数据，视需要关闭三台纳米气泡机中的一台或二台，使充入湖湾溶解氧的含量与溶解氧的需求量相平衡。

当不断的抽取湖湾底层水复氧，又不断将富氧水回流湖湾的过程连续进行，这就建立了湖湾水长期的“自身复氧循环”，最终使湖湾整体的“复氧作用”大于“耗氧作用”。就能逐步使湖湾水生态得到恢复，形成了湖湾内生的自净能力，湖湾重度富营养化就得以彻底治理。

上述方法不仅非常适用于对湖湾重度富营养化的防治，也广泛适用于海湾、港湾，江河岸线、以及各类水库、水塘；养殖水面与公园、校园、居住小区等各种景观水面的富营养化的防治。

当然本发明还可以对系统中最容易被堵塞的两处管路进行反冲洗，其中，最容易堵塞的位置为扇型进水管3的入水孔处、反冲洗输水管18处。反冲洗的具体方法为：

反冲洗时，包括清除堵塞在扇型进水管3路中堵塞物，和清除堵塞在调压储水池16下面反冲冼管路中堵塞物，其中需设置电磁阀9的开关和升降式水闸6的开关：反冲洗时，电磁阀9设置均为：打开向下弯折的出水管10和反冲洗输水管18上的电磁阀9，关闭另一个电磁阀9。

其中，用反冲洗清除堵塞在扇型进水管3中堵塞物的方法为：

设置电磁阀9，关闭升降式水闸6，让调压储水池16中的水沿反冲洗管路注满底层水池1，使其储水深度增加，水体压力随即提高。这时再用升降式水闸6打开底层水池1的入水口，用高水位的高水压自动冲通堵塞在扇型进水管3内的堵塞物，达到反冲洗的目的。

反冲洗清除堵塞在调压储水池16下面反冲冼管路中堵塞物的方法为：

首先排空调压储水池16的存水，以去除反冲洗的阻力。其次设置电磁阀9，打开水泵8，用水泵8抽取的底层水池1的积水产生的水压冲开堵塞在调压储水池16下面反冲洗输水管18中堵塞物，使堵塞物沿反冲洗输水管18向两端排出。如仅对比较容易堵塞的进入调压储池的一段进行反冲冼。此时就不打开进入底层水池1管路上的电磁阀9。以集中用水泵8的水压对其堵塞进行强力冲通。以上操作均由控制室13中的电脑自动控制。

当然，反冲洗的方式灵活多变，可根据实际情况调整。

实施例2：参见图5和图6，所述湖滨山体21上设有拦截山间水源的截流管29，所述截流管29出水口处通过一纳滤膜34净水装置连接一用水池35，用水池35底部连接第二微纳米气泡充氧池36，所述第二微纳米气泡充氧池36一侧设有为其内部充氧的微纳米气泡发生器双机联动机组24，以及为微纳米气泡发生器双机联动机组24供电的风光互补供电系统25，第二微纳米气泡充氧池36的出水口伸入湖泊水平面下；其中，所述第二微纳米气泡充氧池36的出水口也连接有微纳米气泡排气管27，所述微纳米气泡排气管27靠近湖泊岸边37，沿岸边37水平设置，且其上设有数个开口朝下的喇叭形喷头15。其余与实施例1相同。

本实施例2在实施例1的基础上，增加了湖滨山体21聚水、洁水和集中排放设施的设置，此时，能对山间的水源进行截流收集，分别用“微纳米气泡发生器双机联动机组24”和“纳滤膜34”进行高效处理后，一方面，能将处理后的山体水源用于农田30灌溉等场所，另一方面，能集中将湖湾山体经充氧后的富氧水源再次送入湖泊内，净化水体同时，加速湖泊水体流动，提高湖湾的换水速度。同时还自然形成了一条减少其上游污水侵入的屏障。具体设置时，我们可以利用山体的落差，在截流管29下方设置辅助截流管28，二者间设置人工瀑布33进行曝气，增加水体的含氧量，辅助截流管28的出水口设置在用水池35和第二微纳米气泡充氧池36之间；农田30位于辅助截流管28和截流管29间，水源经第三微纳米气泡充氧池31和微纳米气泡发生器双机联动机组24充氧后再进入农田30。

为了杜绝农药对湖湾水源的危害。还在农田30边设置太阳能供电的杀虫灯32等设施。另外，湖湾内可经常开行的监控维护船38，用船上的上位机可接收湖湾溶解氧传感器22数据，以对湖湾内水体进行监控和对相关设施进行维护。

湖湾内的所有风光互补电源与太阳能电池板14利用湖湾丰富的风光资源，共同组成了“湖湾清洁能源体系”。相互间连接互补，共同保障湖区电源供应的同时，也进一步保护了湖湾良好的生态环境。

以上各种技术方案集中针对重度富营养化的湖湾底层水溶解氧缺乏和湖湾水体更难以更换这两个主导因素。提供一种简单、实用、节能、环保、建造成本低的技术方案，切实提高了湖湾水体的流动性和复氧自净效率。从整体上提高了湖湾的内生自净能力。

从图6中还可看出，由于受风向的影响，湖湾的内弯处，最容易堆积藻类植物，导致该区域被大量藻类覆盖，下层水无氧。这正是本发明所要解决的根本问题。

我国的大规模“引江河水剂湖控藻”在实际治理湖泊富营养化的过程中经常采用。比如，国家在太湖进行了“引江剂太”工程，就是为了加速水体的交换与更新，改善水质，并兼顾供水与航运等需求，发挥了很大的作用。但这还是一种治标的办法。对长期形成的湖泊富营养化的内源性污染仍难以消除。本技术方案主要能提升湖湾重度富营养化的区域自净内生力。其目的是要消除已经产生的内源性污染，恢复湖泊的生态多样性，且水陆同治，能达到既治标又治本的目的。并弥补了大规模“引江河水剂湖控藻”治理方式的某些缺陷，具有很强的推广价值。本技术方案与大规模“引江河水剂湖控藻”治理方式相结合，有望取得更好的治理效果。

以上对本发明所提供的一种湖湾重度富营养化治理系统进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构与实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的结构及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求可规定的构思和范围。